CONCEPTION DE PROTOCOLES EXPÉRIMENTAUX :
COMPRENDRE L’ACTUALITÉ RÉCENTE EN
PALÉONTOLOGIE.
Patricia MARZIN(1), Daniel DEVALLOIS(2), Réjane MONOD-ANSALDI(3), Éric SANCHEZ(4) (1) Laboratoire LIG/MeTAH-UJF-Grenoble 1,
(2) Lycée présentation de Marie-St-Julien-en-Genevois,
(3) Lycée Claude Bernard-Villefranche-sur-Saône, (4) INRP, Lyon.
MOTS-CLÉS : ENFANT DE DIKIKA – TRAVAUX PRATIQUES – ARBRE DES TÂCHES – PROTOCOLE EXPÉRIMENTAL – PROGNATHISME.
RÉSUMÉ : Le 21 septembre 2006 la plupart des médias mondiaux titraient sur la découverte en Éthiopie de l'enfant de Dikika : un australopithèque âgé de 3 ans. Les photos de crânes publiées à l'époque étaient similaires à celles utilisés dans le T.P. que nous avons proposé à des élèves de terminale S.
ABSTRACT : 21st September 2006, the most of the internationals media shows the child of Dikika as a discover in Ethiopia : a three age old Australopithecus. The craniums pictures were similar as this we used in a labwork we proposed to pupils in French high school.
1. INTRODUCTION
Le 21 septembre, 2006 la plupart des médias relatent la découverte d’un australopithèque âgé de 3 ans. « Le plus vieil enfant de l’histoire de l’humanité » (Nouvel obs.com 20/09/06), il s’agit de l’enfant de Dikika découvert au nord-est de l'Éthiopie. Dans la même semaine, nous avons proposé à des élèves de terminale S d’utiliser les modèles d'évolution du crâne proposés par les paléontologues. L'utilisation s'est faite lors du T.P. sur « les critères d’appartenance à la lignée humaine » évalué au bac dans le cadre de l’ECE, avec une conception de protocole expérimental et une analyse des données obtenues en les confrontant à des données issues des mesures de paléontologues.
1.1. Les apprentissages en T.P.
L’introduction en 2001 de l’épreuve d’évaluation des capacités expérimentales (ECE) au baccalauréat en France a renforcé l’importance des T.P. au lycée. Le Committee on High School Laboratories (2006) définit ainsi les travaux pratiques : « physical manipulations of the real world substances or systems, interactions with simulations, interactions with data drawn from the real world, access to databases or remote access to scientific instruments and observations ». De nombreux travaux en didactique se sont attachés à clarifier les rôles et fonctions des activités expérimentales dans l’apprentissage des sciences. Pour Millar (2004) la fonction des T.P. est d’apprendre des méthodes et des concepts, mais aussi de donner une image du fonctionnement de la science. Tiberghien (2001) a étudié les différents objectifs d’apprentissage par l’analyse de fascicules de T.P. dans plusieurs pays d’Europe et a montré que cette mise en tension ne se fait pas facilement en particulier parce que les élèves sont souvent mis en situation d’appliquer des protocoles « clé en main » sans appropriation du problème posé et des concepts en jeu. D’autres travaux ont montré que les élèves ont tendance à atomiser les actions, ce qui leur fait perdre de vue l’objectif initial du T.P. et les connaissances visées (Séré et Beney 1997). La question qui nous intéresse ici est la modalité de la mise en tension entre le registre empirique et le registre des modèles. Plusieurs voies ont été explorées, comme l’organisation de débats scientifiques en classe (Lhoste 2006). Pour Peterfalvi et Jacobi (2003), le langage, particulièrement l’écrit, instrumente la construction des savoirs. La formalisation écrite a aussi été étudiée par de nombreux travaux en France (Catel 2001) et à l’étranger sous l’appellation « writing-to-learn strategies» (Keys 1999). Les résultats de ces travaux indiquent que la mise en place de situations de rédaction par les élèves
1. 2. La conception de protocoles expérimentaux par les élèves
Notre proposition est de demander à des élèves de rédiger des protocoles expérimentaux dans le cadre d’une question et d’un modèle scientifique donnés. Nous définissons le protocole d’une expérience comme une liste de tâches expérimentales organisées de façon temporelle et/ou logique, dont l’objectif est de déterminer des valeurs spécifiques en relation avec les hypothèses scientifiques qui sous-tendent l’expérience. Les élèves disposent de critères d’évaluation du protocole qu’ils conçoivent : le protocole doit être pertinent, exécutable, reproductible et communicable. Pour analyser cette tâche nous utilisons un arbre des tâches qui structure l’activité en une liste organisée et concrète de tâches en lien avec une question initiale et des objectifs intermédiaires (Wajeman 2005, d’Ham 2004). La problématique que nous développons ici est la suivante : L’explicitation et la formalisation d’un protocole par le texte, le schéma et les échanges entre pairs favorise la modélisation.
Quelles sont les conditions à mettre en œuvre pour guider les élèves dans ces activités ?
Cela va-t-il aider les élèves à donner du sens aux activités expérimentales et aux faits d’actualité ?
2. ANALYSER L'ACTIVITÉ DE CONCEPTION DE PROTOCOLE PAR LES ÉLÈVES : UN T.P. DE PALÉONTOLOGIE
2.1. Présentation du T.P. et méthodologie
La tâche concrète proposée aux élèves est un T.P. de paléontologie dans lequel ils doivent déterminer l’angle facial de plusieurs crânes d’homininés. La consigne donnée est la suivante : « Vous allez, au cours de cette séance élaborer un protocole de mesure d’angle facial pour évaluer le prognathisme et effectuer une mesure d’angle facial. Cette mesure d’angle facial est utilisée par les paléontologues pour identifier un crâne.” Le modèle scientifique postule que plus le
prognathisme est faible, plus l’angle est grand, plus l’espèce d’homininé est récente. Le protocole, peut être rédigé sous forme d’un texte, en complétant, en légendant ou en réalisant un schéma. L’expérimentation a été menée en 2005-2006 et en 2006-2007. L’échantillon est composé de cent huit élèves de terminale S, répartis dans quatre classes, en six groupes de dix-huit élèves, soit un total de trente-six trinômes. Chaque séquence d’enseignement durait quatre-vingt-dix minutes.
L’expérimentation s’est déroulée en trois étapes :
A. Au cours d’une première phase exploratoire (dix-huit trinômes) les élèves devaient définir et contrôler la totalité des dix tâches.
B. Une nouvelle situation (douze trinômes) ou il a été choisi d’alléger le contrôle de la perpendicularité car cette tâche qui n’était pas en lien direct avec le concept de prognathisme et elle posait beaucoup de problème aux élèves. Nous avons introduit des retours du milieu (au sens de Brousseau) en proposant des mesures sur des crânes sans mandibule et sur des crânes présentant des caractéristiques différentes. Ces retours du milieu avaient pour but de renvoyer des informations aux élèves sur leurs critères de choix des points sur le crâne. La validation s’est effectuée entre les binômes quand ils ont échangé leurs protocoles et par la confrontation avec des données expérimentales de références données aux élèves.
C. dans une troisième expérimentation, (six trinômes) nous avons ajouté une situation de communication entre élèves : le protocole devait être rédigé pour un autre groupe d’élèves d’un autre établissement scolaire. Nous avons également fourni un document sur l'anatomie du crâne. 2.2. Résultats
Le tableau 1 présente différentes représentations de choix de points sur le crâne.
Tableau 1 : comparaison des points choisis sur le crâne
Certains points sont choisis plus spontanément par les élèves. Il s’agit des points placés sur le front, au-dessus des yeux, sur les dents et sur la mandibule inférieure. Plusieurs raisons peuvent expliquer ce choix. La plupart des élèves ont une connaissance approximative de l’anatomie des crânes et ils utilisent le vocabulaire commun (front, mâchoire, dents…) pour nommer les parties du crâne à l’intersection desquelles se trouvent les points. D’autre part ils ne possèdent pas de critère a priori pour choisir les points (par ex. reproductibilité, échange entre pairs…), en effet, il ne leur a pas été
Points choisis
par les élèves pour le T.P. du bacPoints retenus par les paléontologuesPoints définis
de communicabilité. La terminologie utilisée est aussi différente, les élèves et les concepteurs du bac utilisent des chiffres et des lettres alors que les paléontologues utilisent des diminutifs de mots (Bregma, Glabelle, Nasion…), auxquels ils peuvent donner un sens très rapidement.
Dans le tableau ci-dessous nous avons recensé les jugements formulés par les élèves des différentes expérimentations sur leurs résultats, en réponse à la question : « Que pensez-vous des résultats obtenus ? Qu’en concluez-vous sur la méthode utilisée pour les obtenir ? ».
Ces résultats montrent que les élèves se comparent aux paléontologues, car ils ont été mis en situation d’être des paléontologues qui déterminent un crâne inconnu. Nous observons chez les élèves une meilleure compréhension des méthodes, sans en avoir la totalité des techniques. En effet, les élèves ressentent bien que les techniques utilisées en classe ne sont pas celles qui sont utilisées par les scientifiques. Ils pointent par exemple le problème de la précision des mesures. Cette mise en situation a pour conséquence que les élèves ont tendance à dévaloriser leur tâche, effet qui a peut-être été accentué par la médiatisation de la découverte paléontologique.
Jugement Critiques formulées par les élèves sur leurs résultats Citations
Méthode imprécise 5
Résultats différents, aléatoires 4
Protocoles différents 3
Points différents 2
Négatif
Plusieurs différences 2
Méthode pertinente, celle des paléontologues plus évidente 1 Positif
Méthode précise avec des conditions 1 Tableau 2 : jugements donnés par les élèves à propos de leurs résultats
3. DISCUSSION ET CONCLUSION
Au vu de ces expérimentations, il apparaît qu’une grande partie de la problématique de l'enseignant qui souhaite conduire ses élèves à concevoir un protocole expérimental se situe au niveau de la structuration de la tâche expérimentale, parallèlement à l'explicitation des apprentissages visés au cours du T.P.. Cette activité pose plusieurs types de difficultés, notamment au niveau de l'organisation et de l'écriture des actions de protocole dans un temps donné forcément court. Le projet CoPEX vise à construire un tel EIAH, dans lequel les enseignants peuvent spécifier une tâche de conception de protocole, c'est-à-dire fournir un arbre de tâches partiel à leurs élèves, et dans lequel les élèves peuvent définir leur protocole dans un cadre structuré. La reprise d’un fait d’actualité pour donner du sens au T.P. a amené les élèves à comparer leurs résultats à ceux des paléontologues et a conduit à une dévalorisation de leurs protocoles. Plusieurs expérimentations
sont actuellement en cours : un post-test pour le T.P. de paléontologie, un nouveau T.P. en immunologie est en cours de conception et sera testé au printemps 2007. Nous pensons ainsi poursuivre la vérification de nos hypothèses concernant la structuration de la tâche et la modélisation par les élèves et tester les résultats obtenus sur un autre type de T.P.
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